[发明专利]锭模、冶炼系统和大锭型合金铸锭的生产方法

说明书

本发明提供一种锭模、冶炼系统和大锭型合金铸锭的生产方法。锭模，包括锭模本体以及设置在锭模本体内的金属底垫和耐火底衬；耐火底衬设置在所述锭模本体的底部，所述金属底垫设置在所述耐火底衬远离所述锭模本体的底部的一侧。冶炼系统，包括锭模。大锭型合金铸锭的生产方法，包括：将所述高温合金熔炼得到合金液，然后浇铸至所述的锭模中得到铸锭。本申请提供的锭模，加入金属底垫，使得铸锭底部的温度场分布更加均匀，减少了铸锭底部的应力集中从而降低底部裂纹的敏感性；避免了金属铸流对于耐火底衬的直接冲击，降低了对耐火底衬的侵蚀，同时也避免了底部夹杂的产生，底部夹杂作为潜在的裂纹源其数量的减少也降低了铸锭底部裂纹的敏感性。

技术领域

本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种锭模、冶炼系统和大锭型合金铸锭的生产方法。

背景技术

GH4738合金多通过双联(VIM+VAR)或三联（VIM+ESR+VAR）冶炼工艺来进行生产，以保证获得优质的高温合金铸锭。其中，真空感应熔炼（VIM）作为第一步冶炼工序，主要担负着调整合金成分、脱气控夹杂以及浇铸重熔电极等任务。对于新兴应用例如发电涡轮机或航空涡轮机中的旋转组件，越来越需要更大重量和更大直径的高温合金锭。对于小直径的铸锭裂纹并不是主要问题，当铸锭越大开裂的可能性越大。对于更大直径的铸锭，不仅要经济地达到最终零件的尺寸，而且还需要保证材料拥有良好的冶金质量，以达到所有最终的机械和结构要求。

随着高功重比、高推重比航空发动机的发展需求，高温合金铸锭逐渐向高合金化、大尺寸等方向发展。铸锭直径增加，在凝固过程中的散热变得更加困难，从而导致更长的凝固时间。同时铸锭直径增加也导致铸锭内部的热梯度增加，致使铸锭内部热应力消除困难，从而提高了铸锭对裂纹的敏感性。当热应力过大时会引发裂纹，尤其是底部裂纹最容易出现。这些裂纹将严重影响后续真空自耗重熔过程的稳定性，甚至导致铸锭报废。因此，亟需一种改进的真空感应浇铸工艺来生产大锭型GH4738合金电极铸锭，以消除铸锭的底部裂纹和提高铸锭的成材率。

真空感应浇铸使用的锭模通常是由铸铁制成，并带有耐火底衬。对于大于500mm的大尺寸铸锭在浇铸过程中，底部侧面靠近锭模的金属液迅速冷却，而在底部中心处的金属液在耐火底衬上冷却缓慢。由于锭模的冷却能力较强而耐火底衬的冷却能力很低，因此铸锭底部侧面的金属优先凝固对铸锭底部中间处的金属凝固收缩产生阻碍，从而产生拉应力形成底部裂纹且裂纹源多位于底部夹杂和低熔点共晶处。同时在浇铸开始阶段，金属铸流对耐火底衬的冲击很大，加速了耐火衬底中的耐火材料的侵蚀甚至会在耐火底衬上形成冲击坑，这也可能导致产生底部夹渣。

并非仅有GH4738合金存在上述问题，随着高温合金铸锭锭型的扩大，电极开裂在大尺寸铸锭生产过程更为严重。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锭模、冶炼系统和大锭型合金铸锭的生产方法，以解决上述问题。

为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：

一种锭模，包括锭模本体以及设置在所述锭模本体内的金属底垫和耐火底衬；

所述耐火底衬设置在所述锭模本体的底部，所述金属底垫设置在所述耐火底衬远离所述锭模本体的底部的一侧。